基于骨料含泥量变化调整混凝土配合比的方法研究

文摘 2024-09-08 07:01 河南

1工程概况

新建重庆铁路枢纽东环线站前工程DHZQ-2标段一分部位于重庆市巴南区一品镇、界石镇境内，起止里程DK19+430.25-DK29+050.65，线路正线长9.62km。分部管段内1座隧道（回龙湾隧道）全长4.35km；桥梁9座，合计全长3368.54m；1个车站（南彭站），站场中心里程为DK26+950：区间路基7段，共831.53m；盖板涵、框架涵3座，本工程混凝土浇筑方量35.7万m³。工程所在地区缺少可用河沙，故工程所有配合比均使用机制砂，该地区机制砂质量不稳定，石粉含量及含泥量均不满足规范要求。为保证工程质量，使混凝土质量满足工程要求，通过对细骨料含泥量变化进行试验研究，提出调整混凝土配合比的方法，解决骨料对混凝土和易性能、强度、耐久性的影响。

2骨料含泥产生的问题

随着各区域地材质量的匮乏，骨料质量日益下降，同时在混凝土生产过程中出现减水剂与其他原材料不相适应的现象。

常出现在外加剂进场检测水泥净浆流动度试验时效果很好，当骨料含量泥量较高且使用相同掺量外加剂配制混凝土时，混凝土拌合物性能很差，出现坍落度损失快、无流动性现象。这一问题对于使用聚竣酸系减水剂的混凝土尤为突出，并且对混凝土进行抗压强度检测时，混凝土抗压强度值比设计值低很多。

为了使混凝土既能满足泵送施工要求，又能保证混凝土强度，有的单位釆用增加拌合用水量的办法来解决混凝土拌合物流动性不足的问题，导致混凝土实际用水量增加，水灰比变大，混凝土的强度降低；有的单位不断增加外加剂的使用量，使掺量增加达原设计量的2倍，导致混凝土的生产成本成倍增加，影响混凝土生产企业的生产成本和直接经济效益。

3骨料含泥对混凝土和易性及强度的影响

3.1细骨料含泥对外加剂适应性和拌合物和易性的影响

通过对骨料含泥量的变化对外加剂掺量，以及混凝土和易性的影响分析，根据数据分析与现场观察，细骨料含泥量高对混凝土和易性的影响在混凝土拌合物初期就十分明显，对减水剂的适应性也特别明显，造成混凝土初始坍落度小，坍落度经时损失大。

由于含泥量实际是粘土质的细粉末和颗粒较细的石粉，与胶凝材料具有相同的吸水性能，而在配合比设计时，在其他材料没有变化的情况下，细骨料中的含泥量增加，没有考虑这些粉料的吸水问题，因此增加的粘土粉需要等比例的需水量才能达到表面润湿，同时润湿之后的粘土质材料也需要等比例的外加剂达到同样的流动性。这就是相同配合比的条件下，当外加剂和用水量不变时，含泥量增加，混凝土初始流动性变差，坍落度经时损失变大，外加剂掺量成倍增加的根本原因。

3.2粗骨料含泥及吸水对外加剂适应性和拌合物和易性的影响

通过粗骨料含泥量及吸水性对外加剂掺量、混凝土和易性影响的原因进行分析，粗骨料含泥对外加剂适应性和混凝土拌合物和易性的影响与细骨料相同。当混凝土的原材料按比例投入搅拌机后，在搅拌机内快速旋转，砂浆在搅拌机内做切线运动，水份无法进入粗骨料内部。一旦停止搅拌，混凝土拌合物处于静止状态，则水泥混合砂浆中的水分快速渗入粗骨料的孔隙中，粗骨料吸收了大量拌合用水和外加剂，造成砂浆中的拌合用水量快速减少。最终混凝土在搅拌过程中的流动性很好，初始坍落度很大，停止搅拌后几min之内混凝土拌合物完全失去流动性。经过试验研究，粗骨料吸水性引起外加剂被吸附量达17%。

3.3骨料含泥对混凝土强度的影响

泥土吸附水的时候自身体积最高可以膨胀7倍，在混凝土配制过程含泥量过高，水泥化学反应受热环境中这部分水分会在混凝土凝结后蒸发掉，形成孔洞，混凝土密实度降低，导致强度降低。

含泥量对强度的影响有一定的规律，试验结果表明，随着含泥量的增加，强度增加，含泥量达到8%时强度最高，然后混凝土强度随着含泥量的增加急剧下降。这是因为经过冲洗的细骨料级配不良，含泥量在一定范围内起到填充空隙的作用，适量掺入可达到增加强度的作用，当含泥量超过填充空隙所需要的上限值，泥含量的增加直接影响混凝土强度。

4根据含泥量对强度影响调整配合比方法

工程建设中，大部分混凝土搅拌站场地规划有限，无法建设砂石冲洗场，对于骨料引起和易性不足，最佳思路是解决骨料含泥及吸水的问题。通过在混凝土搅拌站上料皮带增加一个小喷头喷水的办法，实现砂含泥量的冲洗和石子润湿饱水的问题，同时有效提高外加剂在胶凝材料中的利用率，增加混凝土的流动性，使混凝土强度高于强度设计值，可使施工单位生产成本降低。

混凝土在骨料含泥量越低越好，因此有必要对骨料的含泥量进行控制和改善。由于含泥量对混凝土强度的影响主要是降低混凝土的密实度，因此可以考虑扣除3%用于填充空隙的含泥量，超过这一临界值的泥会在混凝土凝固后随着水分的蒸发形成孔洞。为了抵消泥带入的孔洞引起的强度降低值，在配合比设计的过程中通过增加同样体积的水泥提高混凝土强度，达到设计确定的标准值。

4.1计算方法

4.1.1原材料参数及原配合比

(1)原材料性能。骨料釆用重庆某公司生产的机制砂和粗骨料，细骨料细度模数为3.1，其他性能指标见表1。粗骨料规格为5～25mm连续级配，其他性能指标见表2。

水泥釆用重庆市富丰水泥集团有限公司生产的PO42.5级水泥，密度3.0x10³kg/m^{3，标准稠度用水量27%。粉煤灰釆用重庆华珞粉煤灰开发有限责任公司F类II级，密度1.8x}10³kg/m^{3，需水量比1.05。外加剂釆用山西金盾苑建材有限公司生产的S95高性能减水剂，减水率29%。}

(2)调整前混凝土配合比见表3。

(3)调整前混凝土拌合物性能。原C35混凝土配合比拌合物性能、力学性能、耐久性等指标汇总见表4。

从表4可以看出，骨料含泥量的变化引起混凝土拌合物性能、力学性能、耐久性等指标不满足施工要求及设计要求。

4.1.2配合比调整计算步骤

(1)形成孔洞的泥的体积：

(2)水泥用量的计算：

(3)胶凝材料体积的计算：

(4)胶凝材料标准稠度用水量的计算:

(5)胶凝材料浆体体积的计算：

(6)砂用量及用水量：

(7)石子用量及用水量：

(8)骨料预湿用水量：

(9)调整后的配合比见表5。

4.2试配及试验结果

釆用上述方法对原混凝土配合比进行调整后，按表5中配合比进行大量试验研究，分别检测混凝土和易性能、强度、耐久性等指标，结果汇总见表6。

通过表6表明，该C35混凝土配合比和易性达到预期效果，强度、耐久性均能够达到设计要求，可用于工程实体。

5结束语

文中从工程实践常遇到的细骨料含泥量超标的现象入手，提炼出含泥对混凝土和易性的影响因素。通过使用上料皮带喷淋冲洗砂石方案，可提前对砂石料进行预湿，实现细骨料含泥量的减少和粗骨料润湿饱水，同时减少骨料中泥土对外加剂的吸附，保证结构物浇筑前混凝土和易性能，可合理改善骨料含泥量高对混凝土和易性能、强度等性能的影响。通过大量试验研究，总结形成可定量计算的调整公式，方便施工现场按照骨料不同含泥量调整配合比，有利于拌合站对混凝土质量进行控制，对今后大含泥细骨料在混凝土中的应用提供了一定参考。

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